遺伝子発現にかかわるシス制御配列の変化が形態進化を駆動する主な要因であるという仮説は古くから提唱されている。しかし、具体的な例証は希である。今回取り上げる論文は、は虫類の四肢退化の過程で生じたエンハンサー配列の変化の報告である。ヘッジホッグシグナリングの鍵遺伝子であるShhは四肢の発生原基である肢芽後端部のZPAと呼ばれる領域に特異的に発現し、四肢形態形成に働く。ZPAにおけるShh発現は、たった一つのエンハンサーで制御されている。ヘビ類は、トカゲのような祖先型から段階的に四肢の形態を失っていったと考えられており、現存するヘビ類の中でも、痕跡肢を持つニシキヘビから四肢を完全に喪失したコブラまで存在する。この論文では、ヘビのゲノム解析のデータセットから、Shhの肢芽エンハンサーが痕跡肢を持つタイプから四肢の完全喪失型に至るまで段階的に配列を変化させたこと、ゲノム編集を用いたマウスエンハンサーの置換実験等により、四肢退化に伴ってエンハンサー機能の段階的崩壊が起こったことを明らかにした。この報告は、今後の発生進化学の研究の方向性の一つを明快に示している。

It is hypothesized that changes of cis-regulatory sequences have more often contributed to the evolution of body plan than coding sequences. However, evidence for this has not been sufficiently consolidated. A recent report presents changes in a regulatory sequence associated with stepwise limb loss during snake evolution. Sonic hedgehog (Shh), a key gene in hedgehog signaling, is expressed in zone of polarizing activity (ZPA) in developing limb buds, and plays crucial role in the limb development. Only one enhancer directs the Shh expression in limb buds. Genome comparison of the enhancer sequences among snakes as well as genome edition-aided synthetic restoration of its function in mouse embryos demonstrates that the limb enhancer has progressively lost its function during snake evolution. This study clearly shows a future direction of “EvoDevo” research.

Main paper

Progressive Loss of Function in a Limb Enhancer during Snake Evolution
Cell Volume 167, Issue 3, 20 October 2016, Pages 633-642.e11
by Evgeny Z et al.